溫度基礎(chǔ)知識課件

內(nèi)容目錄第一部分基本概念第二部分溫標(biāo)的發(fā)展第三部分溫度計的分類與特點內(nèi)容目錄第一部分基本概念1一、基本概念1、溫度溫度是表示物體冷熱程度的物理量。溫度是決定一系統(tǒng)是否與其它系統(tǒng)處于熱平衡的物理量，一切互為熱平衡的物體都具有相同的溫度。溫度與分子平衡動能相聯(lián)系，它標(biāo)志著物體內(nèi)部分子無規(guī)則運動的劇烈程度。

一、基本概念1、溫度2◆溫度雖然與我們?nèi)粘Ｉ钕⑾⑾嚓P(guān)，但從古至今好長一段時間，沒有人知道什么是“溫度”，人們卻把它和“熱量”混淆起來。

◆真正溫度的概念誕生也是人們清楚地區(qū)分這兩個概念。

◆現(xiàn)在人們從宏觀和微觀兩個方面對溫度進行了詳細(xì)解釋。

◆溫度雖然與我們?nèi)粘Ｉ钕⑾⑾嚓P(guān)，但從古至今好長一31.1宏觀解釋

◆熱力學(xué)第零定律解釋為：如果兩個系統(tǒng)中每一個系統(tǒng)都與第三個系統(tǒng)處于熱平衡，則它們彼此也必定處于熱平衡。

◆在描述平衡系統(tǒng)熱狀態(tài)的熱力學(xué)參量中，其中一個參量具有特殊的性質(zhì)，即它在相互處于熱平衡的不同系統(tǒng)中具有相同的值，這個參量稱為“溫度”。

◆一切互為熱平衡的系統(tǒng)都有相同的溫度。

◆溫度是表示物體冷熱程度的物理量。

◆它是一個強度量，而且是一個與廣延量無關(guān)的強度量。1.1宏觀解釋

◆熱力學(xué)第零定律解釋為：如果兩個系統(tǒng)中每一41.2微觀解釋

理想氣體分子模型：

a、分子本身的大小比起它們之間的平均距離可忽略不計；

b、除了短暫的碰撞過程外，分子間的相互作用可忽略；

c、分子間的碰撞是完全彈性的。

1.2微觀解釋

理想氣體分子模型：

a、分子本身的大小比5◆當(dāng)兩理想氣體分子（質(zhì)量為M和m，速度為V和v）相互碰撞時，我們得到分子之間的動能轉(zhuǎn)移量：

△ε∝

若M類分子平均動能大于m類分子，△ε>0，動能由前者傳給后者；

若M類分子平均動能小于m類分子，△ε<0，動能由后者傳給前者；

若M類分子平均動能等于m類分子，△ε=0，動能交換為0，即兩類分子達到熱平衡。

◆當(dāng)兩理想氣體分子（質(zhì)量為M和m，速度為V和v）相互碰撞時，6◆熱量即熱運動的能量，△ε的正負(fù)決定了熱量傳遞的方向。按照熱力學(xué)第零定律，分子的平均動能在宏觀上具有溫度的特征。分子的平均動能正比于熱力學(xué)溫度

ε=T為熱力學(xué)溫度，K為比例常數(shù)。由此，從微觀上看，溫度表征著分子熱運動的平均動能。標(biāo)志著物質(zhì)分子熱運動的劇烈程度，溫度越高，分子熱運動越劇烈。=KT◆熱量即熱運動的能量，△ε的正負(fù)決定了熱量傳遞的方向。按照72、熱平衡

熱平衡是兩個均勻系之間的熱交換的平衡，也是動態(tài)平衡。熱交換是能量傳遞的一種方式。

3、熱力學(xué)溫標(biāo)

以熱力學(xué)第二定律為基礎(chǔ)制定的溫標(biāo)稱為熱力學(xué)溫標(biāo)。

根據(jù)卡諾定理的推論可知，工作于兩個恒定熱源之間的一切可逆卡諾熱機的效率與工作介質(zhì)無關(guān)，只與這兩個熱源的溫度有關(guān)，這樣定義的溫標(biāo)稱為熱力學(xué)溫標(biāo)。

2、熱平衡

熱平衡是兩個均勻系之間的熱交換的平衡，也是動8★熱力學(xué)第二定律：

克勞修斯說法（1850年）：不可能把熱從低溫物體傳至高溫物體而不引起其它變化；

開爾文說法（1851年）：不可能從單一熱源取熱使之完全變?yōu)橛杏霉Χ划a(chǎn)生其它影響。

★熱力學(xué)第二定律：

克勞修斯說法（1850年）：不可能把熱從94、溫標(biāo)衡量溫度高低的標(biāo)尺，它是描述溫度數(shù)值的統(tǒng)一表示方法（或定義方法）。★明確了溫度的單位、溫度定義固定點的數(shù)值，內(nèi)插儀器和內(nèi)插公式?！镂覈壳安捎玫臏貥?biāo)是1990年國際溫標(biāo)，代號為ITS-90，簡稱90溫標(biāo)?！锼哂型ㄓ眯院蜏?zhǔn)確性，保證在不同地區(qū)或不同場合下測量相同的溫度具有相同的量值。★準(zhǔn)確測量溫度，必須具備三個條件：合適的測溫物質(zhì)；穩(wěn)定的固定點；合理的分度方法。4、溫標(biāo)105、三相點、水三相點

三相點：一個由單一的物質(zhì)（純物質(zhì)）組成的體系，當(dāng)其三相（三種狀態(tài)）共存處于平衡時，這個體系將有確定的溫度和壓力，稱此狀態(tài)為三相點。水三相點：指水、冰、汽三相平衡共存時的狀態(tài)，水三相點的溫度值為273.16K,壓力值為609.14Pa。5、三相點、水三相點11

建立溫標(biāo)的過程是十分曲折的，溫標(biāo)的發(fā)展先后經(jīng)歷了華氏溫標(biāo)、攝氏溫標(biāo)、標(biāo)準(zhǔn)氫溫標(biāo)、理想氣體溫標(biāo)、熱力學(xué)溫標(biāo)、ITS-27溫標(biāo)、ITS-48溫標(biāo)、ITS-68溫標(biāo)、ITS-76溫標(biāo)、ITS-90溫標(biāo)等。

二、溫標(biāo)的發(fā)展建立溫標(biāo)的過程是十分曲折的，溫標(biāo)的發(fā)展先后12

18世紀(jì)時，人們只能依據(jù)測溫工質(zhì)的某一特性隨溫度變化的關(guān)系來制定溫標(biāo)，這種溫標(biāo)通常稱為經(jīng)驗溫標(biāo)。例如，攝氏溫標(biāo)和華氏溫標(biāo)都依附于測溫工質(zhì)（水銀）的性質(zhì)。但工質(zhì)的純度及其膨脹系數(shù)等都會影響溫標(biāo)分度的準(zhǔn)確性。1848年，開爾文根據(jù)卡諾循環(huán)原理提出了熱力學(xué)溫標(biāo)。根據(jù)卡諾定理，用上述方法確定的溫度就避免了經(jīng)驗溫標(biāo)依附于測溫工質(zhì)性質(zhì)所產(chǎn)生的隨意性。現(xiàn)在采用的攝氏溫標(biāo)和華氏溫標(biāo)，實際上都已根據(jù)熱力學(xué)溫標(biāo)賦予了新的概念，不再是以往的經(jīng)驗溫標(biāo)了。18世紀(jì)時，人們只能依據(jù)測溫工質(zhì)的某一特性隨溫度變13

因為卡諾循環(huán)是不能實現(xiàn)的，所以熱力學(xué)溫標(biāo)只是一種理論溫標(biāo)。為了找到一種既符合熱力學(xué)溫標(biāo)，又簡便實用的溫標(biāo)，各國科學(xué)家經(jīng)過努力，于20世紀(jì)20年代建立起一種與熱力學(xué)溫標(biāo)相近的、復(fù)現(xiàn)準(zhǔn)確度高、使用簡便的實用溫標(biāo)，這就是國際實用溫標(biāo)。自國際實用溫標(biāo)建立起來，經(jīng)過多次修訂，在逼近熱力學(xué)溫標(biāo)方面已有了很大的提高。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，國際實用溫標(biāo)還將繼續(xù)完善，以求最大限度地逼近熱力學(xué)溫標(biāo)。因為卡諾循環(huán)是不能實現(xiàn)的，所以熱力學(xué)溫標(biāo)只是一種理14

目前國際通用的溫標(biāo)是1975年第15屆國際權(quán)度大會通過的《1968年國際實用溫標(biāo)-1975年修訂版》，記為IPTS-68（Rev-75）。但由于IPTS-68溫標(biāo)存在一定的不足，國際計量委員會在18屆國際計量大會第七號決議授權(quán)予1986年會議通過了1990年國際溫標(biāo)ITS-90，ITS-90溫標(biāo)替代IPTS-68。我國自1994年1月1日起全面實施ITS-90國際溫標(biāo)。目前國際通用的溫標(biāo)是1975年第15屆國際權(quán)度大會15

固定點溫標(biāo)：ITS-27溫標(biāo)、ITS-48溫標(biāo)、ITS-68溫標(biāo)、ITS-76溫標(biāo)、ITS-90溫標(biāo)等。歷次溫標(biāo)固定點的演化：固定點從不穩(wěn)定（沸點等）轉(zhuǎn)變成穩(wěn)定點（三相點）固定點的準(zhǔn)確度逐步提高（與熱力學(xué)溫度比）固定點的數(shù)量不斷增加溫度上下限不斷延伸

16溫標(biāo)起源和經(jīng)驗溫標(biāo)1）華氏溫標(biāo)◆第一個溫標(biāo)是德國科學(xué)家華倫海特1724年創(chuàng)建的?！魷囟扔嫞壕芗兯y溫度計?！舴侄龋航Y(jié)冰的鹽水混合物溫度和人體血液的溫度為固定點，其間隔分為96°，并使用了第三個固定點，冰水混合物為32°。后來又把水沸點定為212°?！魡挝弧叭A氏度”，即作℉。◆這套測溫體系就是著名的華氏溫度。溫標(biāo)起源和經(jīng)驗溫標(biāo)172）攝氏溫標(biāo)◆攝氏溫標(biāo)是瑞典天文學(xué)家攝氏修斯1742年建立的?！魡挝弧皵z氏度”，即作℃，◆分度：冰點定為100度，沸點定為0度，后來他的同事斯特雷默（M.stromer）建議倒過來，把水的冰點定為0度，沸點定為100度。⊙華氏溫標(biāo)和攝氏溫標(biāo)的測溫物質(zhì)、固定點和分度方法都是任意選定的，并且溫標(biāo)三要素都與物質(zhì)的選擇有關(guān)，一般稱為經(jīng)驗溫標(biāo)2）攝氏溫標(biāo)183、ITS-90溫標(biāo)

我國目前采用的溫標(biāo)是1990年國際溫標(biāo)，代號為ITS-90,簡稱90溫標(biāo)。溫度單位：1990國際溫標(biāo)（ITS-90）,該溫標(biāo)中規(guī)定了熱力學(xué)溫度是基本溫度，符號為T，其單位為開爾文，符號為K。開爾文等于水三相點的熱力學(xué)溫度1/273.16。同時還可以使用攝氏溫度，以符號t表示（t90）。3、ITS-90溫標(biāo)我國目前采用的溫標(biāo)是1990年國際溫標(biāo)，19攝氏溫度的分度值與熱力學(xué)溫度的分度值相同，即1℃=1K。國際實用溫標(biāo)刻度的劃分以水三相點的熱力學(xué)溫度（T=273.16K=0.01℃）為定義固定點（起始點），也就是把從絕對零度到水三相點之間的溫度分為273.16份，每一份叫做1K（以絕對零度為起點）。攝氏溫度t與熱力學(xué)溫度T之間的數(shù)值關(guān)系為：t=T-273.15。攝氏溫度的分度值與熱力學(xué)溫度的分度值相同，即1℃=1K。20

溫度計分為接觸式與非接觸式溫度計兩大類，前者感溫元件與被測介質(zhì)直接接觸，后者感溫元件不與被測介質(zhì)接觸。三、溫度計的分類與特點三、溫度計的分類與特點21種類溫度表測溫原理優(yōu)點缺點測溫范圍（℃）接觸式溫度表玻璃管液體溫度計利用液體體積隨溫度變化的性質(zhì)結(jié)構(gòu)簡單、準(zhǔn)確度高、價格便宜容易破損、讀數(shù)不便、信號不能遠傳-80～600壓力式溫度表利用定容氣體或液體壓力隨溫度變化的性質(zhì)結(jié)構(gòu)簡單可靠、信號能遠傳準(zhǔn)確度低，受環(huán)境溫度影響大-100～600雙金屬溫度表利用固體熱膨脹變形量隨溫度變化的性質(zhì)結(jié)構(gòu)簡單可靠準(zhǔn)確度低，信號不能遠傳-80～600熱電偶溫度表利用金屬導(dǎo)體的熱電效應(yīng)測量范圍寬、準(zhǔn)確度高、信號能遠傳冷端溫度需要補償、測低溫準(zhǔn)確度較低-200～1800熱電阻溫度表